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玻璃纤维制品用室温硫化有机硅涂料的研制

【兰陵化工集团涂料油漆】 玻璃纤维制品用室温硫化有机硅涂料的研制
薛瑜军1,2,卢志明2,田丕华2,肖燕平2,唐红定1
(1.武汉大学化学与分子科学学院,武汉430072;2.佛山市华联有机硅有限公司,广东三水528137)
摘要:以八甲基环四硅氧烷(D4)为原料,制得α,ω-二羟基聚甲基硅氧烷基胶,再以硅树脂为补强剂、加入交联剂、催化剂和稀释剂等配制成室温硫化有机硅涂料。研究表明,α,ω-二羟基聚甲基硅氧烷的黏度选择80万~95万mPa·s,1 000 g涂料中加入6~10 g硫化催化剂T-12时,涂料的可操作化时间和完全硫化时间分别为3~6 h和24 h。该涂料用于玻璃纤维制品的涂覆,涂覆前无需脱蜡,涂覆后无需高温烘烤,涂层室温下24 h完全硫化。
关键词:有机硅,涂料,室温硫化,玻璃纤维
中图分类号:TQ333.93文献标识码:A文章编号:1009-4369(2012)06-0400-03
玻璃纤维制品种类繁多,其中有玻璃纤维套管、玻璃纤维硅橡胶套管、玻璃纤维硅橡胶电线、玻璃纤维布,都是以玻璃纤维纱编织而成的绝缘产品,此类产品一般都要经过有机硅树脂再进一步处理。经过有机硅树脂处理后的玻璃纤维制品具有优良的耐高低温性能、电绝缘性能、化学稳定性能、耐高电压、耐老化、使用寿命长且柔软便于安装等特点而受到广泛关注,目前广泛应用于照明灯具、家用电器、电热电器、仪表仪器、电机引接线及电子、灯具、燃具等高温环境[1]。现有的玻璃纤维用有机硅树脂在使用前需要对玻璃纤维进行除蜡工序。因为现有的玻璃纤维涂料为高温铂催化加成硫化型硅树脂,从多年客户反馈的信息得知,玻璃纤维在使用涂料处理之前,要经过一次高温脱蜡工序,否则将严重影响玻璃纤维涂料的使用效果[2]。
室温缩合硫化型有机硅产品主要应用在建筑领域,在玻璃纤维织物上鲜有报道,本实验主要研究室温缩合型有机硅涂料在玻璃纤维编织物上的应用。
本实验以八甲基环四硅氧烷(D4)为原料,制得α,ω-二羟基聚甲基硅氧烷基胶,再以硅树脂为补强剂、加入交联剂、催化剂和稀释剂等配制成有机硅涂料,将其涂敷在玻璃纤维上,室温24 h即硫化完全。
1·实验
1.1主要原料
八甲基环四硅氧烷(D4):蓝星新材料股份有限公司;四甲基氢氧化铵:AR,北京朝福化工有限公司;甲基MQ补强树脂:自制;磷酸:AR,西陇化工股份有限公司;正硅酸乙酯、甲基三乙氧基硅烷:工业级,蓝星新材料股份有限公司;二丁基二月桂酸锡:T-12,Air Products;环保稀释剂:市售;去离子水,自制。
1.2α,ω-二羟基聚甲基硅氧烷的合成[3]
将脱水后的600 g D4,0.1 g四甲基氢氧化铵加入1 000 mL四口烧瓶中,在105~110℃下反应30~50 min,加入去离子水;继续平衡3 h,加入磷酸中和。抽取低沸物后待用。通过控制聚合过程中水的加入量得到了7个不同黏度的α,ω-二羟基聚甲基硅氧烷(简称107硅橡胶)。
1.3玻璃纤维涂料的配制
将100 g107硅橡胶加入5~25 g补强树脂、3~10 g正硅酸乙酯和甲基三乙氧基硅烷的混合物,再配以50%~70%的稀释剂,搅拌均匀,备用。
1.4性能测试
1.4.1玻璃纤维涂料常规性能
黏度:采用上海精科天平厂的NDJ—4型旋转粘度计测试。
1.4.2玻璃纤维涂料的应用性能
配置:将T-12加入玻璃纤维涂料中,搅拌均匀后备用。
涂覆、硫化工艺:涂覆在玻璃纤维上,在室温下放置24 h后测试。
玻璃纤维涂料的应用性能分别用玻璃纤维套管、玻璃纤维电线来检验。
渗透性能:将玻璃纤维套管制成20 cm/条,用手捏住两端将其中间段浸泡在配制好的涂料中1 min,经硫化工艺处理后,剪开套管的浸泡段,观察玻纤套管内壁硫化的硅树脂涂料量。
粘接性能:将玻璃纤维电线制成20 cm/条,用手捏住两端将其中间段浸泡在配制好的涂料中1 min,经硫化工艺处理后,用剪刀剪断电线,用食指和拇指捏住硅橡胶电线的截面,沿着电线外径的方向来回搓10次,检查玻璃纤维与硅橡胶电线的剥离情况。
散口性能:将玻璃纤维套管制成20 cm/条,用手捏住两端将其中间段浸泡在配制好的涂料中1 min,经硫化工艺处理后,剪断后,检查截面的玻璃纤维是否起毛,与硅橡胶电线截面是否齐整。
2·结果与讨论
2.1 107硅橡胶的黏度对涂料性能的影响
107硅橡胶的性质对有机硅涂料的性能影响较大,本实验仅考查了107硅橡胶的黏度对涂料性能的影响,结果见表1。

由表1可见,107硅橡胶的黏度对涂料性能的影响较大。随着107硅橡胶黏度的提高,涂料的粘接性、电线的散口性及涂料的综合性能有了较大提升,但涂料的渗透性下降。涂料的综合性能在3以上就基本满足工业生产的要求。表1中,107硅橡胶的黏度在60万~135万mPa·s时,即能满足涂料的使用要求。当107硅橡胶的黏度低于60万mPa·s时,涂料的粘接性较差;但107硅橡胶的黏度大于135万mPa·s后,合成工艺比较苛刻,操作不慎产品极易交联报废,造成较大经济损失。综合考虑,107硅橡胶的黏度选择80万~95万mPa·s。
2.2硫化催化剂用量对涂料性能的影响
可操作时间是涂料在使用时一项重要技术指标,作为室温硫化涂料,其可操作时间尤为重要。表2是硫化催化剂T-12的用量对涂料的可操作时间和完全硫化时间的影响。

由表2可见,随着T-12用量的增加,涂料的可操作化时间和完全硫化时间均缩短;但T-12用量对可操作时间的影响更大。一般而言,室温硫化涂料的操作时间应该控制在3~6 h;收卷前摆放时间在两个班时之间;因此,T-12用量选择6~10 g(以1 000g涂料为基准)。
3·结论
以D4为原料制得α,ω-二羟基聚甲基硅氧烷,再以硅树脂为补强剂、加入交联剂、催化剂和稀释剂等配制成室温硫化有机硅涂料。研究表明,α,ω-二羟基聚甲基硅氧烷的黏度选择80万~95万mPa·s,1 000 g涂料中加入6~10 g硫化催化剂T-12时,涂料的可操作化时间和完全硫化时间分别为3~6 h和24 h。该涂料用于玻璃纤维制品的涂覆,涂覆前无需脱蜡,涂覆后无需高温烘烤,涂层室温下24 h完全硫化。
参考文献
[1]黄文润.硅烷偶联剂及硅树脂[M].成都:四川科学技术出版社,2009:7,111-148,207-208.
[2]幸松民,王一璐.有机硅合成工艺及产品应用[M].北京:化学工业出版社,2000:9,378-466,561-563,717-759.
[3]杨才平.α,ω-二羟基聚二甲基硅氧烷合成新工艺及应用研究[J].有机硅材料及应用,1994(4):25-27.
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